外流場數值仿真的案例
基于PERA SIM的導彈外流場數值仿真計算
目前，CFD數值仿真計算方法在飛行器的前期設計階段得到了廣泛的應用，一定程度上可以替代實際的飛行器風洞試驗，并可以模擬得到風洞實驗中無法測試的一些參數。
本文基于安世亞太自主開發的PERA SIM.Fluid流體仿真軟件，對某型號導彈的外流場進行了數值模擬計算，得到了相應馬赫數下導彈外流場的壓力及速度分布。
導彈結構如下圖所示（彈體長1米）。
基于PERA SIM.Fluid流體仿真軟件，具體的仿真工況條件為：
馬赫數1.53（520.7m/s）；
AOA攻角0° ，H=0km；
無窮遠場壓力入口101325Pa。
來流假設為理想氣體；用給定的自由流馬赫數和靜態條件來模擬無限遠場處的自由流動，計算的湍流模型為k-Omega SST，其可以很好地模擬飛行器外流場的附著流動和薄層自由剪切流動，且具有良好的魯邦性和數值收斂性。
為了滿足壁面無反射邊界條件為“無窮遠”的要求，在距離壁面較遠處生成一個大圓柱，以確定導彈外流場的計算域；對應的圓柱體計算區域直徑為20m，深度為25m，其中導彈前側為5m，后側20m（以捕捉導彈尾翼的氣流特性）。對包裹后的外流場進行網格劃分，如下圖所示；由于導彈周邊的流場氣動變化比較劇烈，為了更好地捕捉其流動現象，對導彈周邊的網格進行了加密細化，網格數量約為375萬。
展開 汽車外流場仿真分析 ￥1
1 概述
2 使用軟件
3 模型前處理與網格劃分
3.1 CAD 模型的前處理
3.2 有限元模型的前處理
4 模型求解及結果分析
4.1 模型求解設置
4.2 求解結果分析
5 空氣阻力系數的計算
6 結論
1 概 述
本報告應用 CFD 分析軟件，對 HUPO 進行外流場分析，給出整車滿載下的風阻系數，為設計組提供參考。
本次分析采用半車模型，車身表面采用約（8-25mm）的三角形網格；風洞尺寸為（40m×6m×10m），其壁面網格為（400-500mm）；體網格采用六面體單元，單元總數控制在 250萬之內。
本報告設風洞入口邊界條件為 u0 = 30m / s ,出口條件為壓力出口，空氣密度為1.225kg/m3，計算中不考慮溫度變化。
2 使用軟件
本報告使用的前處理軟件為 ANSA，解算器和后處理軟件為 Star-CCM+。
3 模型前處理與網格劃分
汽車車身表面存在大量細小特征，要精確地模擬所有這些特征，經常會導致生成的網格單元數目巨大，從而使得求解時的計算量增加，因此在處理計算模型時對幾何數模進行合理的簡化。
3.1 CAD 模型的前處理
在 CATIA 中將汽車模型（特別是底盤部分）作合理的簡化：保留輪胎、后視鏡等部件；由于底盤的復雜性，這里將車底化為平面，然后將車身表面和底盤的碎面縫合起來，形成若干個大的特征表面，將整個汽車簡化為封閉的殼體；再在汽車周圍形成適當的空氣域（40m×6m×10m），汽車與風洞相對位置如圖 1 所示（由于汽車的對稱性，為減少計算采用半車身模型。
展開 Bullet外流場溫度仿真案列
采用FLUENT數值仿真軟件進行模擬。
2.1Bullet模型建立
根據Bullet參數：該Bullet為30×165 mm高爆燃燒彈，彈重837g，彈頭重389g，裝藥49g，初速960m/s，引信延時0.15ms，并能在7.5-14.5s后自毀。其實體模型如圖2.1所示。
圖2.1 Bullet實體模型
考慮到Bullet發射出去后只有彈頭在空氣中飛行，根據已知數據以及實體模型圖片使用圖片測算法，運用SolidWorks軟件建立彈殼三維實體模型以及內部裝藥模型，如圖2.2所示。
圖2.2 彈殼及裝藥模型
將彈頭殼體與裝藥裝配到位后需要在其外部建立外流場區域，即外部空氣域，使用workbench里面的建模軟件在彈頭外部生成外流場。如圖2.3所示。
圖2.3 彈頭外流場區域建立
2.2模型前處理
將建好外流場區域的彈頭及流體區域模型導入mesh進行前處理。彈頭殼體以及裝藥網格劃分如圖2.4所示。
圖2.4 網格劃分
將彈頭飛行方向所指空氣域對應的面設置為空氣流入邊界，其他面設置為流出邊界。如圖2.5所示。
圖2.5 空氣域邊界設定
在模擬彈頭與外部空氣的熱交換時，需要建立彈頭殼體外部與空氣交界面的耦合換熱面，此外還需要考慮彈頭殼體與內部裝藥的耦合換熱面。耦合換熱面的建立如圖2.6所示。
圖2.6 耦合傳熱面建立
2.3仿真模型設置
將處理好的前處理模型導入FLUENT進行數值仿真相關參數設置，采用基于壓力求解（Pressure-Based）算法，該方法既適用于可壓縮流體，也適用于不可壓縮流體的計算。
展開 Visual-CFD&OpenFoam整車外流場仿真
本次仿真采用
Visual-CFD進行前后處理(Visual-CFD是由ESI公司專門為OpenFoam開發的前后處理軟件)，調用
OpenFoam進行求解，操作系統為Windows系統。首先導入整車模型（此模型來源于網絡公開模型，模型包含汽車主要部件，但是不包含內飾）。
模型整體視圖
模型底部視圖
模型內部透視圖
模型為STL格式
導入模型后，設定分析類型為External Flow, 模型設定為SST-K-Omega。
設定外流場區域大小
設定模型網格大小以及邊界層網格
細化模型網格
設定入口條件和出口條件，入口條件設定為20m/s
設定結果監測點
其余參數采用默認值，劃分網格并點擊Run進行計算
計算完成后進行結果查看，
由于模型來源于網絡，不完全符合外流場仿真的要求，因此仿真結果僅供學習參考，不具有實際意義。
疊加速度矢量后進行結果查看
查看壓力結果
除了這些結果外，還可以查看許多其他結果，這里不再一一截取。
文章來源：深藍的技術小站
展開 
基于湍流模型的建筑復雜外流場CFD仿真分析
曾社銓
仿真應用工程師
對于建筑行業，在復雜的情況下，無法直接進行實體試驗及測量，而縮尺的實驗既昂貴也同樣有誤差的問題，因此CFD常用來作為建筑設計在做通風分析、建筑物外流場分析的工具。通過對建筑外流場CFD分析，能得到建筑物
表面的風
壓
、
建物對室外行人的影響
以及
為室外設備的位置設置
等提供指導和建議。
安世亞太自主開發的CAE軟件PERA SIM具有非常優秀的CFD仿真能力。針對復雜流體域，PERA SIM提供了多種湍流模型進行復雜流場的捕捉，提供了
全面的邊界條件應付各種復雜工況，并提供魯棒性強且高精度的流體求解器。
該案例應用PERA SIM模擬建筑群風環境，評估高層建筑風載及其分布規律，詳細介紹PERA SIM的建筑外流場CFD仿真流程。
一、網格導入
PERA SIM的網格導入接口可以導入多種網格格式，本案例導入的是msh格式的網格文件。
PERA SIM Fluid網格導入接口
導入的網格文件是某小區建筑，如圖所示。為了精準計算建筑物表面的壓力，建筑物表面和地面添加了5層的邊界層網格。
展開 如何使用湍流模型進行建筑復雜外流場CFD仿真分析？
顯示變量和結果文件選取設置
建筑表面的壓力分布
截面速度分布及流線圖
為了驗證計算精度，因為沒有測試數據，所以選擇了和商業軟件Fluent仿真結果做對比。同一截面壓力分布對比如下。
同一截面速度分布對比如下。
PERA SIM和fluent結果對比
通過本案例中展示的使用PERA SIM的流體力學仿真模塊， 對建筑外流場仿真的詳細操作流程，仿真結果與通用CFD求解器Fluent做對比，可以看出PERA SIM對外流場的仿真具有出色的計算精度、強的求解魯棒性以及豐富的后處理功能。
Comsol多物理場仿真軟件在滑坡數值模擬中的運用
而Comsol作為一款多物理場仿真軟件，其“多孔彈性”接口很好的做到了達西定律與固體力學的耦合，對于評估流體導致巖土體的變形有很大的優勢。基于此，文中以某實際滑坡案例為基礎，利用Comsol多物理場數值模擬軟件對滑坡進行了流-固耦合計算，獲取了滑坡的變形破壞機理及特征。
關鍵詞：Comsol多物理場仿真軟件;流-固耦合;滑坡;
引言
Comsol多物理場仿真軟件，涉及電氣、結構、聲學、流體、傳熱等各個學科領域，對流-固耦合計算有天然的優勢。對于針對滑坡問題中流-固耦合計算他有專門的計算接口“多孔彈性”接口，該接口主要對達西定律與固體力學進行了耦合。多孔塌陷模型主要描述了多孔介質中流體與基體變形之間的相互作用，基體中流體的變化將產生流體壓力或同等水頭。因此在模擬水對巖土體作用時，其所采用的本構方程具有極大的優勢。
西南某滑坡處于淺層變質巖區域，該區域年降雨充沛，基巖裂隙十分發育。因此，地下水較為發育，滑坡區內可見多出下降泉。研究區內主要分布巖性較為單一，為粉砂質泥巖，是地下水主要賦存介質。經實地調查，該滑受地下水影響明顯，因此有必要進行流-固耦合計算。基于此，文中選用Comsol多物理場仿真軟件對該滑坡進行了流固耦合計算，分析了地下水對滑坡的作用特征與機理[1]。
一、軟件介紹
COMSOL Multiphysics是一款通用的多物理場耦合仿真軟件，內部提供完全耦合的多物理場和單物理場建模功能、仿真數據管理，可用于工程、制造和科學研究的絕大多數領域。涉及電磁、結構&聲學、流體&傳熱、化工等四個大專項，下含結構力學模塊、巖體力學模塊、多孔介質流模塊、地下水流模塊、管道流模塊、波動光學模塊、射線光學模塊、等離子體模塊、半導體模塊等36個模。內置耦合物理場外，還可自定義物理場方程以進行多物理場耦合分析[2,3]。
展開 電磁場數值仿真技術及天線設計與應用
A:
對于初學者，因缺乏對電磁場及天線理論知識及天線仿真設計專業軟件技巧的掌握與深入理解，導致無從下手。而本次電磁場數值仿真技術及天線設計與應用實踐專題課程從初學者角度出發，貼合實際項目需求。一共4天（10個專題模塊）講授天線設計專業技術知識及配合專業軟件工具實操，另有11個專業案例帶你實操，讓你從天線設計小白到跟緊時代熱點能夠上場做計算分析的學術弄潮兒。
通過電磁場數值仿真技術及天線設計與應用培訓班我能學到什么？
土石混合體多相多物理場耦合數值仿真 ￥5000
基于COMSOL軟件對土石混合體進行了數值仿真，考慮了土石混合體孔隙變化，細顆粒侵蝕，骨架結構變形，此問題是一個多場（滲流場、變形場、應力場、損傷場）多相介質（土顆粒集合體，塊石，空隙，孔隙）耦合的復雜問題。仿真結果如圖2所示。
圖1 幾何模型
顆粒運動分布
應力分布
孔隙滲流下的細顆粒遷移運動
圖2 數值仿真結果
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎合作交流
壓力容器內的熱-流多物理場耦合數值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一壓力容器，考慮了兩種計算工況：（1）全開A口，關閉B口，關閉C口；（2）全開A口和B口，開放C口，容器內的速度場、溫度場和壓力場的動態變化分布。仿真結果展示如下所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/342d08917781496b810f4fcd22fe8364.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif" title="Untitled1-速度.gif" alt="Untitled1-速度.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?
展開 流場數值仿真初始化方式確定方法
初始值給定應該考慮非定常流場與定常流場仿真兩種情況。
對于非定常仿真，初值應為實際物理過程的初值，是唯一確定的。
對于定常流場仿真，理論上任意的初場都可以得到同樣的收斂解。但是初場對于定常流場仿真還是非常重要的，初始流場越接近收斂解就越不容易發散，收斂速度也更快。對于某些復雜問題初場不好則可能計算無法進行下去，這也是我們算二階離散格式是一般用一階收斂結果作為初場的原因。
fluent定常流場仿真初始化方式常用的有兩種（1）initialize-flow，可以根據情況用遠場參數或者入口參數作初值，（2）hyb-initialization，這種方法通過迭代速勢方程數十步得到初始流場，相對第一種方法一般可以加快收斂速度。
總之，幫助文檔里都有，習慣去幫助里找答案才是王道！
展開 
石油焦煅燒回轉窯內多場耦合數值仿真與操作參數的優化
為研究降低石油焦燒損的方法，應用計算流體力學軟件，對窯內流場、溫度場、濃度場、燃燒釋熱場進行耦合計算，并對二次風與三次風的位置與方向對窯內各種場的影響進行了研究。結果表明，改變二次風的位置與方向對煅燒帶氧氣濃度分布的影響較大，適當調整其位置，有利于降低該區域氧氣濃度，減少石油焦的燒損；改變三次風的位置與方向，對揮發分的燃燒影響較大，其合理布置可加速揮發分的燃燒，降低能耗
石油焦煅燒回轉窯內多場耦合數值仿真與操作參數的優化.pdf
【9月21-23日 鄭州 斯姆勒】流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓
各企事業單位：
流-熱-固多場耦合現象廣泛存在于工程產品中，覆蓋于各個行業的應用，但是由于流-熱-固分析牽涉多場單向/雙向耦合計算等特點，使得設計和分析人員難以處理復雜的熱、結構、流體的耦合計算問題。目前對于這方面的系統性培訓比較缺乏，本培訓基于ANSYS Workbench軟件深入講解流-熱-固多場耦合分析的基本原理，求解方法和多場單向/雙向耦合分析的解決方法。為了讓廣大結構設計人員和CAE分析工程師掌握ANSYS Workbench平臺下流-熱-固多場耦合分析這個強大的多場耦合分析的模塊，特開設了“流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓”課程。具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）、理解流-熱-固多場耦合分析的計算原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握流-熱-固多場耦合分析的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結構和熱多場耦合耦合、熱疲勞、熱斷裂計算等熱點問題；
（五）、培養獨立工程結構的流-熱-固多場耦合分析能力。
二、增值服務：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠；持本人學生證享有8.5折優惠。
展開 【9月21-23日 北京 斯姆勒】流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓
各企事業單位：
流-熱-固多場耦合現象廣泛存在于工程產品中，覆蓋于各個行業的應用，但是由于流-熱-固分析牽涉多場單向/雙向耦合計算等特點，使得設計和分析人員難以處理復雜的熱、結構、流體的耦合計算問題。目前對于這方面的系統性培訓比較缺乏，本培訓基于ANSYS Workbench軟件深入講解流-熱-固多場耦合分析的基本原理，求解方法和多場單向/雙向耦合分析的解決方法。為了讓廣大結構設計人員和CAE分析工程師掌握ANSYS Workbench平臺下流-熱-固多場耦合分析這個強大的多場耦合分析的模塊，特開設了“流-熱-固多場耦合數值仿真與工程應用專題培訓”課程。具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）、理解流-熱-固多場耦合分析的計算原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握流-熱-固多場耦合分析的計算方法和分析技巧；
（四）、掌握解決流體、結構和熱多場耦合耦合、熱疲勞、熱斷裂計算等熱點問題；
（五）、培養獨立工程結構的流-熱-固多場耦合分析能力。
二、增值服務：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠；持本人學生證享有8.5折優惠。
展開 【新聞】AICFD — 智能熱流體仿真軟件，正式發布！
SAE Technical Paper 2014-01-0613, 2014
（5）船舶案例
本案例采用AICFD中的VOF方法對船舶的外流場進行數值仿真，船舶應用領域的示例為Wigley Hull，該案例有大量實驗數據可供比較。湍流模型為帶有壁面函數的k-omega SST模型，y+變化范圍為30到150，Froude數為0.267。
圖10 Wigley Hull計算網格
圖11 船
身水面圖
（6）實時仿真案例
本案例為三維Ahmed Body外流場。以下是尾部傾斜角為25.2°時的結果比較。
圖1
2
Ahmed Body網格分布
表
2 AICFD結果和某CFD結果的力矩系數、阻力系數和
升力系數比較
表3 AICFD結果和其他CFD結果的中心截面上的物理場的比較
中心截面
AICFD
某CFD
湍流黏度
速度大小
壓力
該算例的網格數是198633，某CFD計算時間是400秒(4核并行計算1000步，穩態殘差1e-4), AICFD的計算時間為0.036秒 。通過AICFD可實現實時仿真。
展開 